보고서 정보
주관연구기관 |
선박해양플랜트연구소 Korea Research Institute of Ships &OCEAN Engineering |
연구책임자 |
신명수
|
참여연구자 |
김영선
,
박현찬
,
김원돈
,
김동현
,
박종천
,
이종수
,
박창섭
,
이상봉
|
보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 |
한국어
|
발행년월 | 2019-05 |
과제시작연도 |
2018 |
주관부처 |
산업통상자원부 Ministry of Trade, Industry and Energy |
등록번호 |
TRKO202200006260 |
과제고유번호 |
1415158396 |
사업명 |
조선해양산업핵심기술개발사업(R&D) |
DB 구축일자 |
2022-08-19
|
키워드 |
온실가스 저감.운항선.선속-동력 해석.에너지 효율.실시간 계측 및 해석.에너지절감장치.
|
초록
▼
3. 개발결과 요약
□ 최종목표
○ 선박 에너지 효율 개선을 위한 운항선 선속-동력 고정도 해석 기술 개발
- 실해역 운항 선박의 해상상태, 운항상태 실시간 계측 및 부가저항 해석
- 표준 운항상태, 기준선속에서의 연료 소모율 고정도 해석
- 에너지 절감 장치의 실선 실해역 효율 검증
- 실해역 운항환경이 고려된 항로별 에너지 효율 예측, 연료 절감 검증
- 마찰저항 저감 도료 도입에 의한 마찰저항 4%, 연료절감 2% 이상.
- 동일항로의 같은 제한시간 조건에서 운항선의 변속(가감속) 적
3. 개발결과 요약
□ 최종목표
○ 선박 에너지 효율 개선을 위한 운항선 선속-동력 고정도 해석 기술 개발
- 실해역 운항 선박의 해상상태, 운항상태 실시간 계측 및 부가저항 해석
- 표준 운항상태, 기준선속에서의 연료 소모율 고정도 해석
- 에너지 절감 장치의 실선 실해역 효율 검증
- 실해역 운항환경이 고려된 항로별 에너지 효율 예측, 연료 절감 검증
- 마찰저항 저감 도료 도입에 의한 마찰저항 4%, 연료절감 2% 이상.
- 동일항로의 같은 제한시간 조건에서 운항선의 변속(가감속) 적용에 의한 연료절감 2% 이상
- 해양기상청 기후자료 DB 구축
- 운항선의 선속-동력 해석 절차 표준화, 기준선속 해석표준화
□ 개발내용 및 결과
○ 본 사업을 통하여 참여기업 보유 8,600 TEU 컨테이너(1호선) 316항차, 176K 벌크캐리어(2호선) 91항차, 13,100 TEU 컨테이너(3호선) 151항차의 운항데이터를 계측, 수집하였음
○ 표준운항상태, 기준선속에서의 선속-동력 해석 수행을 위하여 선속-동력 해석 프로그램 (SPA: Ship Performance Analysis) 개발하였으며, 참여기관에 배포하여 검증을 수행 하였음
○ 저마찰 도료, ESD의 적용 전·후 선박의 성능을 분석하여 연료절감 부가물 및 마찰저감 도료의 효율검증을 수행하였음
- 적용된 PBCF는 효과가 없는 것으로 모형시험결과 확인되었음.
- 8,600 TEU 컨테이너(1호선) 저마찰 도료효과는 연료소모율기준 10% 정도로 확인됨
- 176K 벌크캐리어(2호선) 저마찰도료는 연료소모율기준 23∼30% 정도로 확인됨
○ 8,600 TEU 컨테이너(1호선), 176K 벌크캐리어(2호선)에 Wave Radar를 설치하였고 계측데이터의 유효성을 확인하였음
○ 에너지 관점에서 동일 항로에서의 정속운항, 변속운항 특성을 정의하였음. 대상선박인 176K는 변속을 최소한으로 운항 중이므로 연료소모율 2%이상 절감하고 있음
○ 전 지구 해양기상정보 DB를 포함하는 8,600 TEU 컨테이너(1호선), 176K 벌크캐리어(2호선), 13,100 TEU 컨테이너(3호선)의 선박운항정보 DB 플랫폼 구축, 선박운항이력 DB 관리 소프트웨어해양기상정보 DB구축, SND(Sea climate Navigation history Database management software) S/W 개발 하였음
○ 운항선의 선속-동력 예측을 위한 CFD기반 시뮬레이션 기술 개발하였음. 많은 비용을 필요로 하는 수조시험을 대신할 수 있는 중저가 성능평가 방법으로서 중소 운항선사에서 활용 가능할 것으로 판단됨
○ 국가 표준(KS V) 2건 제안하였음
○ 학술활동, 특허 출원, 기술이전 결과는 다음과 같음
- 특허 10건 출원, 3건 등록
- 국내외 학술발표 43건
- 기술이전 1건 (0.3억원)
□ 기술개발 배경
○ IMO에서는 해양 환경보호를 위한 노력을 계속해 왔으며, 운항선박과 신조선에 대한 온실가스 배출 저감을 위한 규제를 강화하고 있음. 또한, 높은 연료비로 인하여 연료절감을 검증하기 위한 기술에 대하여 해운업계 및 조선업계의 요구가 증가하고 있음
○ 세계 해운시장에서 국내선사 비중은 5%로 추정되며, 국내 해운사의 연간 연료비용은 7조원 이상으로 추정됨. 해운업계는 연료 절감을 위하여 저속운항, 트림최적화, 신기술 에너지 절감장치, 저마찰 도료 등을 도입 중이나 효과검증기술의 미비로 적용에 어려움을 겪고 있음
- 정확한 실해역 선속-동력 성능해석 미비
- 연료 절감 기술의 효과를 검증하기 위한 기술 부재
- ESD 성능 검증을 위한 고정도 실해역 성능해석기법 필요성 대두
- 고정도 실해역 선속-동력 성능해석기법 필요성 대두
○ 현재, 국내 해운사에서 개발 중인 시스템, 또는 개발된 시스템은 가장 핵심이 되는 기술인 해양환경에 의한 외력, 부가 저항, 속도저감 해석을 외국의 S/W업체에 의존하고 있음. 이는 독자개발 시스템의 한계로서 고가의 기술료에 의한 외화유출, 기술 종속의 문제를 포함하여 운항데이터 유출이라는 심각한 문제를 안고 있어 이에 대한 대책이 필요함
□ 핵심개발 기술의 의의
○ 세계 최초로 해양환경을 고려하여 운항선의 성능을 분석하는 선속-동력 고정도 해석기술을 개발, 이는 국내 해운사의 애로사항을 해결하기 위한 혁신 기술임
○ 선박의 운항분석 지원을 위해 국내 연안의 해양 기후정보 뿐만 아니라, 전 지구 252시간 해양 기후정보 획득이 가능 하도록 시스템을 구축하였으며, 실해역의 계측 데이터와 비교하여 정확도 검증 완료 (이를 통해 국내 해운사는 해외기상정보업체로 지불하던 정보이용료 절감 가능)
○ 선속-동력 해석 시스템 개발 및 관련 해석 프로그램 개발
○ 국내 해운사의 의견을 적극 반영한 사용자 친화적인 시스템 개발로 활용 용이성 극대화
○ 통계자료 해석이 아닌 실제 해상 상태의 부가저항과 실제 소요 동력을 정밀 추정하여 운항선의 에너지 효율 향상에 기여
□ 적용 분야
○ 실제 운항상태에서의 선박 운항손실의 원인을 정밀하게 평가할 수 있는 기술의 확보를 통해 선박배출 온실가스 감축에 기여할 수 있음
○ 해양기후 관련 DataBase의 구축을 통해, 선박의 최적항로 설정에 대한 가장 중요한 기초 자료로서 활용할 수 있음
○ 선속-동력 고정도 해석 결과를 통한 에너지 절감 장치/솔루션의 실선 실해역 효율 검증/보증이 가능하게 되어 관련 산업의 영업 전략 전면 개편
○ 최근 운항 Trend인 Slow Steaming(선박저부하운전)은 선속에 영향을 미치는 바람, 파도 등 외부 환경을 고려하지 않고 RTA(Required Time of Arrival)를 기준으로 가장 경제적인 Speed를 결정하여 선박을 운항하는 방법이나, 해당 과제의 기술 개발을 통해 실해역 해상조건, 운항자세, 선속, 연료소모율을 고려한 최적 운항 방법의 도입이 가능함
○ EEOI, SEEMP, EEDI의 규제 대응을 위해서는 실제 운항 중인 선박에서 소요되는 연료량 뿐 아니라, 선속 및 운항 거리 등과 같이 선박의 소요 에너지 및 추진 효율을 지속적으로 모니터링 할 수 있는 선박 에너지 관리 프로그램이 필요함. 본 사업으로 개발된 선박 에너지를 자동으로 분석할 수 있는 기술, 지속적으로 관리할 수 있게 하는 DB 구축 기술 등이 반드시 필요할 것이라 판단됨
(출처 : 기술개발사업 최종보고서 초록 7p)
목차 Contents
- 표지 ... 1
- 제 출 문 ... 3
- 최종보고서 초록 ... 4
- 기술개발사업 주요 연구성과 ... 16
- 목차 ... 31
- 제 1 장 서론 ... 33
- 제 1 절 과제의 개요 ... 33
- 제 2 장 과제 수행의 내용 및 결과(기술개발 내용 및 방법) ... 37
- 제 1 절 최종 목표 및 평가 방법 ... 37
- 제 2 절 연차별 개발 내용 및 개발 범위 ... 40
- 제 3 절 수행 결과의 보안등급 ... 53
- 제 4 절 유형적 발생품(연구시설, 연구장비 등) 구입 및 관리현황 ... 54
- 제 3 장 결과 ... 55
- 제 1 절 연구개발 최종 결과 ... 55
- 1. 연구개발 추진 일정 ... 55
- 2. 연구개발 추진 실적 ... 61
- 3. 연구개발 결과 ... 135
- 제 2 절 연구개발 추진 체계 ... 140
- 제 3 절 고용 창출 효과 ... 147
- 제 4 절 자체보안관리진단표 ... 148
- 제 4 장 사업화 계획 ... 157
- 제 1 절 시장 현황 및 전망 ... 157
- 제 2 절 사업화 계획 ... 159
- 제 3 절 향후 추가 기술 개발 계획 ... 163
- 끝페이지 ... 165
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